Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths Volume 9 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:North Holland

作者:K.A. Gschneidner

出品人:

页数:434

译者:

出版时间:1987-10-01

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9780444870452

丛书系列:

图书标签:

• 稀土
• Rare Earths
• Physics
• Chemistry
• Materials Science
• Condensed Matter Physics
• Spectroscopy
• Magnetism
• Luminescence
• Nanomaterials
• Inorganic Chemistry

稀土元素物理化学手册 第九卷：新材料与前沿应用 本书简介 《稀土元素物理化学手册》系列历来是该领域权威、全面的参考著作，旨在为科研人员、工程师和学生提供深入且及时的知识更新。第九卷——“新材料与前沿应用”——聚焦于当前稀土元素研究中最具活力和突破性的领域。本卷将不再详述稀土元素的基础晶体结构、磁学或光学性质的综述性内容（这些内容在前几卷中已有详尽覆盖），而是将焦点完全投向了自上一卷出版以来取得的重大进展，特别是那些直接影响未来技术和产业的创新性材料体系和应用场景。 本卷集合了全球顶尖专家撰写的二十余篇深度章节，结构上围绕着功能性薄膜、先进催化剂、生物医学应用和能源储存与转换四大核心板块展开，详细剖析了稀土元素在这些尖端领域中扮演的关键角色及其背后的物理化学机制。 --- 第一部分：稀土基功能薄膜与器件集成 本部分着重探讨了如何利用稀土化合物的独特电子结构和界面效应，设计和制备出具有超高性能的新型功能薄膜，及其在下一代电子和光电子器件中的应用。 章节一：高k介电薄膜中的镧系元素掺杂策略 本章深入探讨了利用氧化镧（La₂O₃）及其与其他稀土氧化物（如CeO₂, Gd₂O₃）复合，在半导体器件中替代传统二氧化铪（HfO₂）作为高k介电层的研究进展。详细讨论了薄膜的原子层沉积（ALD）和脉冲激光沉积（PLD）工艺控制，如何精确调控界面缺陷密度和电荷陷阱，以优化器件的阈值电压稳定性和栅极漏电流。特别关注了稀土离子对界面态的调控机制，以及如何在高通量集成电路制造中实现薄膜的化学和热稳定性。 章节二：稀土掺杂钙钛矿量子点在发光二极管中的应用 钙钛矿材料，特别是CsPbX₃系列，因其优异的发光效率和窄带发射特性而受到广泛关注。本章聚焦于如何通过引入特定稀土离子（如Eu³⁺, Tb³⁺, Tm³⁺）进行表面钝化和能级调控，解决传统钙钛矿在湿度和热稳定性上的固有缺陷。章节详细分析了能量从钙钛矿基质到稀土激活剂的有效转移过程（Förster或Dexter机理），以及如何实现近红外到可见光范围内的窄带、高色纯度发射，推动Micro-LED和全彩显示技术的发展。 章节三：稀土过渡金属间化合物的磁性隧道结 本部分关注稀土/过渡金属（如Dy-Co, Sm-Fe）异质结在自旋电子学中的潜力。重点阐述了如何通过精确控制界面相互作用（磁各向异性耦合、交换偏置效应），设计出具有高隧道磁阻比（TMR）和低噪声的磁性隧道结（MTJ）。内容包括了自旋轨道矩（SOC）在界面处的增强效应，以及如何利用稀土的强磁矩与过渡金属的电子结构相结合，实现超快磁化翻转和高密度磁存储的理论模型与实验验证。 --- 第二部分：稀土在先进催化与环境科学中的突破 稀土元素，尤其是铈和镧，因其氧离子迁移率高和氧化还原活性强，是现代催化科学的核心组成部分。本部分聚焦于新型多功能稀土基催化剂的设计。 章节四：氧化铈基催化剂的表面氧空位工程 本章深入探讨了通过形貌控制（纳米线、立方体、八面体）和掺杂策略（如Zr, La, Eu）来调控氧化铈表面活性氧空位（OSVs）数量和性质的前沿研究。详细阐述了“双功能”催化活性位点的构建——即将贵金属（Pt, Pd）纳米颗粒锚定在特定的稀土缺陷位点上，以协同促进复杂氧化还原反应，如低碳烷烃的选择性氧化和柴油机尾气后处理（三元催化）。分析了原位光谱技术（如XAFS/TEM）对反应中间体的实时监测结果。 章节五：稀土基固态氧化物燃料电池（SOFC）电解质界面研究 针对新一代高温/中温SOFCs，本章详细分析了掺杂稀土（如Gd掺杂的氧化铈，Sc掺杂的氧化锆）电解质的离子导电性机制。重点在于理解稀土掺杂离子对晶格缺陷（氧离子空位和反位缺陷）的形成能、迁移率的影响。此外，章节还深入探讨了电极/电解质界面处的电荷转移和反应动力学限制，以及如何通过纳米结构电极设计（如LSM/GDC界面优化）来降低极化电阻，提高电池效率和长期稳定性。 章节六：稀土光催化剂在水分解与污染物降解中的性能调控 本部分考察了基于稀土卤化物（如LaX₃, YbX₃）和稀土掺杂半导体（如TiO₂/La）的光催化体系。讨论了稀土离子如何作为“捕能器”或“缺陷诱导剂”，有效分离光生载流子，抑制电子-空穴复合。重点分析了在可见光区实现高效催化活性的策略，包括能带结构工程和表面氧空位对氧化还原电位的调控作用。 --- 第三部分：稀土在生物医学与先进传感中的集成 随着材料微纳加工技术的发展，稀土离子独特的荧光特性使其成为生物成像、诊断和治疗领域不可替代的探针。 章节七：水溶性上转换纳米粒子（UCNPs）的表面功能化与生物相容性 本章专注于NaYF₄:Yb,Er/Tm基UCNPs的制备与生物应用。详细介绍了如何通过聚合物（如PEGylation）或无机壳层（如SiO₂或NaYF₄）进行表面修饰，以实现高效的水分散性、靶向性和降低细胞毒性。讨论了上转换发光（UCL）在深层组织成像中的优势，如克服背景自发荧光和使用低能近红外光激发带来的光损伤优势。 章节八：稀土螯合物在时间分辨荧光免疫分析中的应用 本章探讨了高稳定性的Tb³⁺和Eu³⁺三联螯合物在高灵敏度诊断中的应用。重点分析了“天线效应”的优化，即选择最佳的敏化基团以最大化能量向稀土离子的转移效率。强调了时间分辨技术（TR-FIA）如何利用稀土长寿命发光来消除生物基质的短寿命干扰信号，实现极低的检测限。 章节九：稀土基智能热释光剂量计（TLD）的精确度提升 针对环境和职业辐射监测，本章回顾了基于掺杂稀土的氟化物或氧化物晶体（如CaF₂:Dy）在热释光（TL）机制上的最新进展。讨论了剂量响应的线性范围扩展、高能辐射下的峰形稳定性分析，以及如何通过热处理或掺杂非发光稀土（如Lu³⁺）来优化陷阱能级分布，提高剂量测量的准确性和能量效率。 --- 第四部分：稀土在下一代能源技术中的角色 本部分关注稀土元素在储能器件、高效照明和功能性磁性材料中展现出的关键作用。 章节十：下一代固态电池中的稀土效应 本章聚焦于固态电解质中稀土离子的双重角色：既是提高结构稳定性的掺杂剂，又是影响界面电荷传输的关键因素。分析了在硫化物和氧化物固态电解质中，稀土离子对晶界阻抗和Li/Na离子迁移路径的调控。特别关注了在固态锂金属电池中，稀土氧化物涂层在抑制锂枝晶生长和稳定固态电解质界面（SEI）方面的最新成果。 章节十一：基于稀土的磁冷效应材料的性能极限 本部分深入探讨了Gd、Dy、Er等稀土化合物（特别是磁性金属间化合物如R-Al系）在磁制冷技术中的应用。详细阐述了磁熵变（ΔS_M）和等温熵变（ΔS_T）的计算模型，以及如何通过合金设计（如构建梯度结构或亚结构）来拓宽材料的有效温度区间（GTE），以期实现室温附近的磁制冷应用，取代传统的蒸汽压缩制冷技术。 章节十二：稀土磷光体在LED照明中的效率与光谱控制 本章旨在超越传统的荧光粉，探讨新型的近红外/可见光共发射磷光体。详细比较了硅酸盐、铝酸盐和硅酸钇系中，稀土离子（如Eu²⁺, Mn²⁺）的协同激发和能量转移机制。重点讨论了如何通过精确控制晶格场对称性来调控发射波长，以实现比传统LED更高光效和更佳显色指数（CRI）的固态照明解决方案。 --- 总结 《稀土元素物理化学手册 第九卷：新材料与前沿应用》是一本面向深度研究的专业著作。它避免了对基础理论的重复阐述，而是直接切入当前稀土科学中，材料设计、机理理解和工程化应用接轨的最前沿热点。本书为在电子学、催化、生物医学和能源领域寻求突破性进展的研究人员提供了不可或缺的、高密度信息支持。

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